JP4784865B2 - 過電流制御回路 - Google Patents

Description

本発明は過電流制御回路に関する。特に詳細には本発明は、電源回路と該電源回路から電源電流を供給される他の複数の回路とを備え、プログラマブルコントローラのベースボードに好適な過電流制御回路に関する。

従来、電源モジュールを搭載するプログラマブルコントローラにおける過電流制御には、ベースボードに搭載される電源モジュールに過電流保護機能を持たせ、この保護機能により、他のモジュールに供給される電源電流を一括して制限するものがあった。或いは、各モジュール毎に過電流から保護するための部品（例えばヒューズ、ヒューズ抵抗等）を搭載することで、個別に電源電流を制限するものがあった。

尚、本願出願に当たり、ＮＲＩ検索式＝（プログラマブルコントローラ）＊((マザーボード）＋（ベースボード）＋（バックボード))＊（保護）を用いて先行技術調査を行ったが、該当する特許文献は見当たらなかった。

上記電源モジュールに過電流保護機能を持たせたプログラマブルコントローラのベースボードでは、例えばＣＰＵモジュールやＩＯモジュールや機能モジュールを搭載する場合、電源モジュールの電源投入時に各モジュールが備える電源平滑用の電解コンデンサが急激に充電される。このため、各モジュールに瞬間的に過大な電流である突入電流が流れることによって電源モジュールの過電流保護機能が動作し、この保護機能が働いた結果、電源モジュールが安全のために機能を停止してしまうことがあった。このような機能停止を回避するためには、電源モジュールを通常必要とされる定格より余裕を持たせてオーバースペックで設計し、突発的な負荷である突入電流に対応させなければならなかった。或いは、電源モジュールの過電流保護特性に工夫して設計する必要があった。

本発明の目的は、電源モジュールをオーバースペックで設計することなく、かつ、過電流保護特性に工夫する必要もなく、電源投入時の突入電流による電源モジュールの機能停止を回避することのできる過電流制御回路を提供することである。

上記目的を達成するために成された本発明に係る回路装置の一態様は、電源供給ラインへ電流を出力する電源モジュール及び前記電源供給ラインから供給される前記電流を基に動作する他のモジュールをベースボードに搭載してなる過電流制御回路であって、前記他のモジュールは、該モジュールが消費する電源電流を示す消費電流情報を提供する手段を備え、前記ベースボードは、前記他のモジュールからの前記消費電流情報を取得する情報収集手段と、前記他のモジュールに前記電源供給ラインから供給される前記電流の電流値を検出し、該検出値が前記消費電流情報によって示される前記電源電流の電流値以上にならないように、前記他のモジュールに前記電源供給ラインから供給される前記電流を抑制する電流制御手段とを備えるものであってよい。

本発明に係る回路装置の他の態様は、前記ベースボードが前記他のモジュールを搭載するためのスロットを複数備え、並びに、該複数のスロットごとに前記情報収集手段及び前記電流制御手段を備えることで、前記ベースボードに搭載された他のモジュールごとに独立して過電流を防止するものであってよい。

さらに、本発明に係る回路装置の他の態様は、前記ベースボードが前記他のモジュールを搭載するためのスロットを複数備え、並びに、該複数のスロットごとに前記情報収集手段及び前記電流制御手段を備えることで、前記ベースボードに搭載された他のモジュールごとに独立して過電流を防止するものであってよい。

（作用）
上記各態様の本発明に係る回路装置によれば、複数の他のモジュールが消費する個別の電源電流についての消費電流情報に基づいて、電源モジュールからの電源電流を複数の他のモジュールに供給する各スロット毎に電源電流が抑制されるので、一過性の負荷増大に対しては電源モジュールの過電流保護機能が働かないように動作することができる。

図１は本発明に係る過電流制御回路の機能ブロック図である。
本発明に係る過電流制御回路であるベースボード１には、電源モジュール２、ＣＰＵモジュール３ａ、ＩＯモジュール３ｂ、機能モジュール３ｃ、および、その他のモジュール（図示せず）が搭載される。電源モジュール２は過電流保護機能を備える。ベースボード１に搭載されるモジュールの数は製品毎に異なり、ここに図示したものは例示であって本発明を限定するものではない。電源モジュール２が発生した電源電流は、電源供給ライン４から各スロットを介してモジュール３ａ、３ｂ、３ｃ、…へと供給される。各スロットには、モジュール３ａ、３ｂ、３ｃ、…に対応して電流制御回路５ａ、５ｂ、５ｃ、…が備えられる。

電流制御回路５ａ、５ｂ、５ｃ、…は、モジュール３ａ、３ｂ、３ｃ、…から消費電流情報６ａ、６ｂ、６ｃ、…を取得する。これら情報は、モジュール３ａ、３ｂ、３ｃ、…が消費する個別の電源電流についての情報である。電流制御回路５ａ、５ｂ、５ｃ、…は、各個別の電源電流を消費電流情報６ａ、６ｂ、６ｃ、…に基づいて各モジュールに供給する電流７ａ、７ｂ、７ｃ、…を制御し抑制して、モジュール毎に独立して過電流を防止するように動作する。

これにより、電源モジュール２の電源投入時に各モジュール３ａ、３ｂ、３ｃ、…が備える電源平滑用の電解コンデンサが急激に充電された場合のような一過性の負荷増大に対して電源モジュール２が持つ過電流保護機能が働くことがなく、電源モジュール２の能力が最大限に引き出される。

（実施形態１）
図２は本発明が提供する上記機能を実装した過電流制御回路の実施形態１の回路図である。本実施形態は、本発明の上記機能を電流検出抵抗選択方式により実装したものであリ、プログラマブルコントローラに使用することができる。図２において上記機能をモジュール２以外の一つのモジュール３についてのみ示し、他のモジュールについて図示を省略した。図２において、図１中の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を簡略化した。

図２において、電源ラインに電解コンデンサ等を平滑用として備えるモジュール３からの選択信号６が、ベースボード１に設けられた各スロットにある電流検出抵抗選択回路８に消費電流情報として供給される。選択信号６が供給された電流検出抵抗選択回路８は、モジュール３に供給される電流７を電流検出抵抗を切り換えて使用することで検出する。検出された電流７の値は、電流検出結果信号９によって電流制御回路１０に伝えられる。電流制御回路１０は、電流検出結果信号９に基づいて、モジュール３からの消費電流情報である選択信号６で示される電流値以上の電流が流れないように電流７を抑制する制御を行う。

電流制御回路１０としては、一般的に知られた定電流回路を使用することができる。

本実施形態によれば、電源モジュールの電源投入時に各モジュールに流れる内蔵電源ラインコンデンサの充電電流である突入電流を、各モジュールからベースボードに対し選択信号により設定した値でモジュール毎に、図３に示すように抑制することができる。図４は、従来回路について比較のために、抑制されない突入電流を示したものである。

したがって、電源モジュールの電源投入時に、一過性の負荷増大に対して電源モジュールの過電流保護機能が働いて機能停止することを回避することができる。また、各モジュールの突入電流を各モジュール毎に適した値に抑制できるため、各モジュールの消費電流の合計が電源モジュールの定格電流容量を超えないか確認するだけで、突入電流に余裕を見込むことなく、プログラマブルコントローラのシステムとしての電流を見積もることが可能になる。電源モジュールの設計にあっては、過電流保護機能に定格以上の余裕を見込んで設計する必要がなくなることから、回路装置のコストダウン、サイズ縮小化に寄与することができる。

（実施形態２）
図５は本発明が提供する上記機能を実装した過電流制御回路の実施形態２の回路図である。本実施形態は、本発明の上記機能をエラーアンプ方式により実装したものであり、各モジュールからエラーアンプ信号を受け取って制御の基に使用するものである。プログラマブルコントローラに使用することができる。図５において上記機能をモジュール２以外の一つのモジュール３についてのみ示し、他のモジュールについて図示を省略した。図５において、図１中の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を簡略化した。

モジュール３は、内部回路１４への電源ラインに電流検出抵抗１１を備え、フォトカプラで構成されるエラーアンプ１２に電流検出抵抗１１の両端電位が入力される。エラーアンプ１２は、電流検出抵抗１１が検出した両端電位に比例した電流をベースボード１に流す。電流検出抵抗１１とエラーアンプ１２からなる電流検出回路は、モジュール３からアナログ信号をベースボード１に供給する要素の例示であって本発明を限定するものではない。

モジュール３への電流７が増大することによって電流検出抵抗１１の両端電位が大きくなると、エラーアンプ１２のフォトカプラを構成する発光ダイオードがオンして順方向電流が流れ始める。両端電位がさらに大きくなると順方向電流が増加する。エラーアンプ１２は順方向電流に比例した電流をエラーアンプ信号１３としてベースボード１の電流制御回路１０に供給する。

電流制御回路１０は定電流回路で構成することができ、電流制御回路１０は、エラーアンプ信号１３がゼロになるようにモジュール３への電流７を制御し、一定電流以下に抑制する。

モジュール３では、電流検出抵抗１１の値をエラーアンプ１２のフォトカプラを構成する発光ダイオードの順方向降下特性に合わせて調整することで行うことができる。したがって本実施形態では、電流制御回路１０の回路構成は、エラーアンプ信号１３である電流が単にゼロになるようにモジュール３への電流７を制御できればよい、簡単なものであってよい。さらに、実施形態１について述べた効果は、本実施形態によっても得ることができる。

本発明に係る過電流制御回路の機能ブロック図である。 本発明に係る過電流制御回路の実施形態１の回路図である。 実施形態１および２において電源モジュールの電源投入時に各モジュールに流れる内蔵電源ラインコンデンサの突入電流を抑制した様子を示す図である。 従来回路において突入電流が抑制されない様子を示す図である。 本発明に係る過電流制御回路の実施形態２の回路図である。

符号の説明

１ ベースボード
２ 電源モジュール
３ モジュール
３ａ ＣＰＵモジュール
３ｂ ＩＯモジュール
３ｃ 機能モジュール
４ 電源供給ライン
５ａ、５ｂ、５ｃ、１０ 電流制御回路
６ａ、６ｂ、６ｃ 消費電流情報
７ａ、７ｂ、７ｃ 各モジュールに供給する電流
８ 電流検出抵抗選択回路
９ 電流検出結果信号
１１ 電流検出抵抗
１２ エラーアンプ
１３ エラーアンプ信号

Claims (3)

1. 電源供給ラインへ電流を出力する電源モジュール及び前記電源供給ラインから供給される前記電流を基に動作する他のモジュールをベースボードに搭載してなる過電流制御回路であって、
   前記他のモジュールは、該モジュールが消費する電源電流を示す消費電流情報を提供する手段を備え、
   前記ベースボードは、
   前記他のモジュールからの前記消費電流情報を取得する情報収集手段と、
   前記他のモジュールに前記電源供給ラインから供給される前記電流の電流値を検出し、該検出値が前記消費電流情報によって示される前記電源電流の電流値以上にならないように、前記他のモジュールに前記電源供給ラインから供給される前記電流を抑制する電流制御手段と
   を備えることを特徴とする過電流制御回路。
2. 請求項１の過電流制御回路において、
   前記ベースボードが前記他のモジュールを搭載するためのスロットを複数備え、並びに、該複数のスロットごとに前記情報収集手段及び前記電流制御手段を備えることで、前記ベースボードに搭載された他のモジュールごとに独立して過電流を防止することを特徴とする過電流制御回路。
3. 請求項１の過電流制御回路において、
   前記電源モジュールは、負荷の増大時に前記電源供給ラインへの前記電流の出力を停止する過電流保護機能を有しており、
   前記電流制御手段が前記電流を抑制することで前記負荷の増大を回避して、前記電源供給ラインへの前記電流の出力が前記過電流保護機能により停止されないようにする
   ことを特徴とする過電流制御回路。

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